叶蜡石尾矿的除铁增白研究.doc

河北理工大学轻工学院COLLEGE OF LIGHT INDUSTRY, HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY毕业论文论文题目：叶蜡石尾矿的除铁增白研究学生姓名：张浩学 号：200615100106专业班级：06材化1班学 部：材料化工部指导教师：郑占申 教授2010年06月11日-I-摘 要摘要叶蜡石是一种含水的铝硅酸盐，属于层状硅酸盐矿物，具有良好的机械加工性，热辐射性，耐高温性以及化学稳定性。可用作耐火材料、陶瓷原料、工艺品和装饰材料、金刚石制造业的高温传压介质、作玻璃纤维、作填料、农药杀虫剂的载体等。但由于叶蜡石原矿中含有一定的杂质元素，以有机质、含铁矿物为主，严重影响了叶蜡石的纯度与白度，制约了叶蜡石的应用。开发合适的叶蜡石粉体增白技术，并开发出一系列叶蜡石深加工产品，是提升行业技术水平，将资源优势转化为经济优势的必由之路。本课题研究叶蜡石粉体氯化煅烧增白。由于直接煅烧效果并不理想，在1000下煅烧2h，只能将白度为71%的叶蜡石原矿粉提高到82%左右。然而氯化煅烧具有明显的增白效果，而且降低了煅烧温度。在叶蜡石原矿中添加0.9%的氯化铵，在900煅烧2h，可以将叶蜡石的白度由最初的71.4%提高至90.4%。利用此氯化煅烧方法，可显著提高原尾矿的白度，得到较高品质的叶蜡石产品。关键词：叶蜡石，白度，氯化煅烧，除铁AbsrtactAbstractPyrophyllite is a hydrated aluminum silicate, is layered silicate mineral, with good machinability, and thermal radiation, heat resistance and chemical stability. It can be used as refractories, ceramic raw materials, handicrafts and decorative materials, high temperature diamond industry pressure transmission medium, as glass fibers for filling, pesticides pesticide carrier. However, as pyrophyllite is containing some impurity elements to organic matter, iron minerals are mainly a serious impacting on the purity and whiteness of pyrophyllite, restricted the application of pyrophyllite. The development of appropriate pyrophyllite powder is whitening technology, and developing a series of pyrophyllite processing products, is to raise the technological level of industries, the resource advantage becomes into economic advantage of the only way. This study is the direct pyrophyllite powder calcined and chlorinated whitening. As the organic matter content is not too high, the direct burning effect is not ideal, calcining at 1000 for 2h, only the whiteness of the original pyrophyllite from 71% to 82% of the slag. It calcined chloride obvious whitening effect, but also it reduces the sintering temperature. The subject found a chloride salt for the best results. Adding in pyrophyllite are 0.9% ammonium chloride, calcined at 900for 2h, it can whiteness pyrophyllite from the initial 71.4% to 90.4%. Calcined chloride using this method that can significantly improve the whiteness of the original tailings, geting high-quality pyrophyllite products.Key Words：Pyrophyllite, Whiteness, Calcined chloride, Iron removalII目 录目录引言1第一章 综述21.1 叶蜡石简介21.1.1 叶蜡石矿产资源的分布21.1.2 叶蜡石的晶体结构21.1.3 叶蜡石的性质和表面特征31.1.4 叶蜡石的工艺技术特性41.1.5 叶蜡石的表面改性51.1.6 叶蜡石的高温相变研究51.1.7 叶蜡石的利用现状61.2 叶蜡石的加工应用研究进展61.2.1 叶蜡石在复合材料中的应用研究71.2.2 叶蜡石在涂料和填料中的应用71.2.3 叶蜡石作为传压介质的应用71.2.4 叶蜡石的应用前景81.3 研究分析方法81.3.1 差热分析81.3.2白度测试91.3.3 X射线衍射法物相分析91.4 叶蜡石在利用上存在的问题91.5 研究的目的及意义10第二章 实验方案及研究方法112.1 实验原料112.2 实验主要设备及仪器112.3 实验工艺流程图112.4 研究方法122.4.1 白度值的测定122.4.2 X射线衍射的测定（XRD）132.4.3 激光粒度分析的测定13第三章 试验结果讨论143.1 升温速度143.2 恒温时间153.3 最佳配料比和恒温温度163.3.1 氯化煅烧白度的测定步骤及图表分析163.3.2 恒温温度的测定193.4 各温度下X射线衍射分析图203.5 激光粒度分析的测定233.5.1 分散介质的影响233.5.2 分散时间的影响233.5.3 分散样品的影响23结论25参考文献26谢辞2728河 北 理 工 大 学 轻 工 学 院 毕 业 论 文引言目前，我国叶蜡石矿工业应用与国外相比还有相当大的差距，主要表现在两个方面：第一是应用领域较窄，我国水平最高的只是雕刻工艺美术品，用量最大的是生产建筑陶瓷；第二是应用档次较低。我国在叶蜡石资源的开发利用上仍存在许多问题，比如：资源浪费严重、开发利用程度尚处于低级阶段、资源优势难以转化为经济优势等，使得叶蜡石长期以来主要被用于陶瓷、玻璃等行业，加之矿山企业规模小，中国每年出口的叶蜡石矿产几乎都是原矿产品，无力进行各种填料级、涂料级等产品的系列深加工及新产品的开发。应积极开展叶蜡石矿在橡胶、塑料、涂料和特种固体密封材料以及矿石表面改性和超细加工等方面的应用研究，这对缩短我国叶蜡石矿应用同国外的差距产生积极的影响。近年来，为促进叶蜡石的应用开发1，国内外积极开展了叶蜡石作为耐火材料、橡胶、农药杀虫剂、造纸、电焊条和特种固体密封材料等方面的研究，在叶蜡石超细粉体加工和表面改性等方面也进行了开发利用，并取得一定成效。国内学者杨雪梅，赵玉成等也正从事于叶蜡石的高温高压相变的研究。今后国内的研究重点将会侧重于叶蜡石矿物结构和特性，矿石的物质组份和加工性能以及不同类型叶蜡石的应用专属性等方面。要提升叶蜡石产品的档次与附加值，必须对低品质叶蜡石进行增白。一般非金属矿的增白方法有物理磁选方法、酸洗法、直接煅烧法、还原法等。针对叶蜡石的结构特点，开拓非金属矿增白的新思路，本文尝试研究叶蜡石粉氯化煅烧的增白技术，并且研究煅烧温度、配料比例等工艺因素对叶蜡石白度的影响。第一章 综述1.1 叶蜡石简介1.1.1 叶蜡石矿产资源的分布世界上叶蜡石矿产资源总量约有4亿吨，其中已探明的有2亿多吨。日本的储量在7000万吨以上，中国和韩国大约在5000万吨左右，澳大利亚储量约为3000万5000万吨，还有美、俄罗斯等亦有较丰富的资源。日本、韩国和中国的储量总和约占世界总储量的70%，此外，澳大利亚、巴西、美国和加拿大等国亦有较丰富的叶蜡石资源。中国是世界上叶蜡石矿储量最丰富的国家之一，其已探明储量仅次于日本和韩国，名列第3位。而在中国，浙江省的储量居第1位。全浙江省累计探明资源储量近4000万吨，占全国总储量的52%，其中青田山口矿区累计探明的储量为1374.2万吨。近年来，中国相继发现和探明了新的叶蜡石矿床。叶蜡石是重要的非金属矿产之一2，我国东南沿海地区资源相对丰富。由于我国地质勘探工作对叶蜡石的投入较少，资源虽然丰富，但探明储量并不多。主要产地有：北京的门头沟；浙江的青田、昌化、温州、上虞等地；福建的闽侯；四川的峨眉；广东的台山；内蒙的赤峰等地。世界发达国家如日本、美国、韩国已较早地开发利用叶蜡石，我国叶蜡石的开采和利用远比不上世界发达国家。我国叶蜡石储量位居世界之首，但开采量仅是日本的五分之一，使用范围和开发利用也十分有限，大多局限于陶瓷、耐火材料等传统工业，出口仅以原矿为主。叶蜡石的基本类型复杂，矿物含量变化很大，到目前为止，还没有统一的蜡石分类方法。我国将叶蜡石划分为十七类，主要有叶蜡石型、石英叶蜡石型、高铝质叶蜡石型、高岭石质叶蜡石型、地开石质叶蜡石型、绿泥石质叶蜡石型、伊利石质叶蜡石型等。我国叶蜡石主要为硅铝质、水铝质和碱质三大类叶蜡石矿。1.1.2 叶蜡石的晶体结构叶蜡石是一种层状含水铝硅酸盐3，化学结构式为Al2Si4O10(OH)2，理论化学组成为Al2O3占28.3%，SiO2占66.7%，H2O占5%，成分变化很小。叶蜡石通常以致密块状产出，纯者为白色，含杂质的呈灰白色，黄绿色、紫色、淡黄色等。（1）有一层氢氧铝石八面体层夹在两层硅氧四面体层之间，组成2:1型层状结构。图1-1 叶蜡石2:1型层状结构（2）叶蜡石八面体中有2/3被A13+占据，另1/3的八面体空位，故叶蜡石属二八面体型结构。图1-2 叶蜡石属二八面体型结构1.1.3 叶蜡石的性质和表面特征叶蜡石是一种天然的含水铝硅酸盐矿物，因成因、产地等不同，元素的波动范围较大。通常呈细粒、均匀球状小晶体集合体、放射状晶体三种状态，灰色，半透明，有玻璃光泽(致密块状者呈油脂光泽，白色微带浅黄或浅绿色)。属单斜晶系，无弹性，比重2.662.90。因是多晶体，结构、成分的不同，熔点为1300l400。莫氏硬度l2；其薄片可弯曲，但无弹性；线膨胀系数平均为610-1K-1；性柔，有滑感；具有化学惰性、绝缘性、耐火性、耐强酸、高熔点、遮盖性能好、吸油率高、含水量低，热膨胀性低、收缩性小等特性，是具有多种用途的非金属矿物原料自然界中，纯叶蜡石矿物集合体极为罕见，叶蜡石的特性、外观很象滑石，许多物理性质也与滑石十分相近，自然白度25%75%，烧失量4%6%，耐火度高达1700，莫氏硬度为12，密度2.82.9g/cm3，叶蜡石一般与其他矿物共生形成复杂多样的矿石类型，常有石英、高岭土、水铝石、地开石等伴生。根据其所含杂质矿物的不同，呈现黄、红、褐、白、灰及彩色等颜色，半透明，具有玻璃光泽(致密块状者呈油脂光泽)。叶蜡石还具有许多优越的物理化学性能，其主要特性如下：无毒、耐腐、具有高折射率、高吸油率、低含水量、低烧结温度、低电传导性、低膨胀系数、低热压变形、良好的绝热性能以及对碱性熔渣和熔铸的金属溶液具有很好的再加热稳定性等；同时，叶蜡石还具有稳定、高化学惰性以及在未烧结以前一定温度内会产生膨胀等化学特性。叶蜡石矿物材料在未烧结以前，在一定温度范围内会产生膨胀，其原因是晶格膨胀，铝氧、硅氧层分离所致。叶蜡石的耐火度大于1700，用叶蜡石和耐火黏土混制成的材料具有高温下不收缩以及在温度剧变之下不碎裂的性能，由于叶蜡石的层状结构，叶蜡石具有理想的内摩擦性能和良好的传压特性。能经受钢渣和金属的冲击，有较强的蠕变能力。1.1.4 叶蜡石的工艺技术特性叶蜡石具有以下的工艺技术特性4（1）热辐射性在常见矿物中，叶蜡石具有较高的热反射率，能把投射到它表面的大部分热反射出去，因为而具有良好的隔热效果。（2）耐烧蚀性烧蚀过程：依靠消耗物质来保护经受高温和高速气流冲刷的过程称作烧蚀过程。烧蚀的实质：是物质受热发生分解、脱水、相变及升华等现象，吸收大量热量，使温度显著降低，达到改善部件烧蚀性能之目的。叶蜡石耐烧蚀的原因之一是脱水温度适中(600800)。矿物分解、脱水、相变温度过高或过低，对保持烧蚀材料的强度都不利；原因之二是叶蜡石在高温相变为莫来石、方英石等热稳定性好的矿物。（3）耐高温性叶蜡石矿物材料的耐火度一般大于1700。在11001300，叶蜡石逐渐分解，形成高温稳定的富铝红柱石相(莫来石)和方石英相。叶蜡石耐火材料在高温下不收缩，在温度巨变条件下不碎裂，能经受钢渣和金属的冲击。具有较强的抗蠕变能力。（4）化学稳定性酸碱蚀量平均为2.23%；具有很好的化学稳定性。叶蜡石耐酸碱的原因：叶蜡石不含或基本不含以溶解于酸的离子，如Ca、Mg、Na、K等；氢氧根全部存在于结构单元内部，不宜与酸发生作用；碱对Si有一定的溶解能力，但Si牢固的存在于结构单元层内。（5）其他性能在加热过程中发生褪色现象。加热致660时，灰色、灰白、淡黄色、浅绿等色调发生部分褪色。温度越高，褪色越明显，至1000时，变为雪白色。叶蜡石具有良好的绝缘性和润滑性能。1.1.5 叶蜡石的表面改性叶蜡石表面改性是通过物理、化学和机械等方法对其表面进行处理，根据应用需要有目的地改变矿物表面的物理性质和化学性质，如表面结构、表面能、电性、吸附性能和反应活性等，以满足其在不同技术领域中的应用，从而提高叶蜡石的性能及使用价值。由于叶蜡石矿物具有广泛的应用前景，目前世界上许多国家开展了对叶蜡石的研究，因其在各行业的用途不同，所以各学科开展的研究及改性方法也不尽相同。由于叶蜡石矿物自身所具备的性能特点，在技术上的可行性以及低廉的成本，使其被作为一种新型的环保材料而广泛应用于工业废水处理中5，即从水溶液和废水中移除有毒的重金属离子和有机污染物。为了提高分离效率和吸附剂的吸附能力，目前，多数研究趋向于采用矿物表面改性的方法。其主要有两种形式：一种是将有机分子渗入矿物表面，这种过程被称为物理过程；而另一种是使有机分子进入矿物表面并对矿物有机化，此过程被称为化学过程。在目前的表面改性实验中，以重金属离子Pb()的吸附率为检验标准，有人发现纯的叶蜡石仅能够从水溶液中分离35%的Pb，但经过表面改性的叶蜡石，则可明显提高分离率。近年来，各国学者在有关叶蜡石表面改性方面做了大量工作，常用的改性措施有机械力活化、热活化、酸活化和有机活化等。有些人报道了对2:1型黏土矿物进行表面改性所采用的几种方法，主要有：吸附作用；与无机阳离子进行离子交换和离子合成；与有机阳离子进行离子交换；有机和无机阴离子相互束缚从而集中在边缘；有机化合物的引入；与酸性物质发生反应；采用物理方法比如超声波、等离子体等。1.1.6 叶蜡石的高温相变研究叶蜡石作为一种无机非金属原料在陶瓷和耐火材料工业中有广泛的应用，因此对于其加热相变及演化特征的研究在理论和实践应用上均具有重要意义，国内外在这方面相继做过大量的研究。Wardle和Brindley6采用XRD对叶蜡石脱水前后的晶体结构进行了精密分析。Heller7采用X-射线粉晶衍射分析方法研究了叶蜡石经不同温度处理后的物相特征，并讨论了叶蜡石向莫来石转化的问题。而MacKenzie等8采用MASNMR谱证实了脱水叶蜡石中的铝具有5次配位结构。国内学者汪灵、张振禹等对在不同温度下处理的叶蜡石进行了系统的X-射线粉晶衍射分析，并根据物相变化和组合特征将其从室温到熔点划分为7个演化阶段6。尽管如此，与高岭石的研究相比，叶蜡石的相转变研究在广度和深度上仍显不够。1.1.7 叶蜡石的利用现状叶蜡石为具有多种用途的非金属矿物原料，由于不同类型的叶蜡石资源在矿物组成和化学成分上的不同导致其物理化学性能差别较大，从而决定了它们的工业用途也不尽相同。叶蜡石用途非常广泛：可用作耐火材料、陶瓷原料、作工艺品和装饰材料、金刚石制造业的高温传压介质、作玻璃纤维、作填料、农药杀虫剂的载体等多种用途它在冶金、建材、轻工、化工和石油等工业以及农业方面都有广泛应用，特别是在陶瓷和耐火材料方面，其用途更为显著。叶蜡石经提纯加工并活化后可用作各种高分子材料的填料，如：造纸、橡胶、塑料、油漆、化妆品和路面材料等；叶蜡石可用作各种农药和杀虫剂载体；在生产玻璃纤维时可作为无碱玻璃球和中碱玻璃球的原料；在涂料工业中可生产各种耐高温耐腐蚀涂料和冶金铸造特种涂料；在固体密封和传压材料中可用作人造金刚石合成的固体密封材料；在建筑材料中可利用其生产白水泥和屋面防水材料；结构致密的块状叶蜡石可用于雕刻各种人物、山水、花果、动物和印章石(印钮)等工艺美术品；此外，还可以将其作为生产洗涤剂和分子筛的原料。1.2 叶蜡石的加工应用研究进展叶蜡石超细粉体加工在矿物材料加工工业中，将叶蜡石加工成“超细粉体”时，由于其粒度细、质量均匀、缺陷少，所以其具有一定特殊的性能。特别是将其制备成纳米粉体时，由于颗粒尺寸小，比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出显著的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性，展示了广阔的应用前景；同时它作为复合材料补强性性能好，可作为填料应用于多孔陶瓷、电线电缆线、塑料和橡胶等工业领域。叶蜡石矿物材料加工成超细粉体时，比表面积大，表面活性高，烧结温度低，作为复合材料补强性能好，可应用于多孔陶瓷、电缆线、塑料、橡胶工业中作填料等。1.2.1 叶蜡石在复合材料中的应用研究非金属矿物的超细粉碎和表面改性是当今提高其应用价值的有效方法，叶蜡石也不例外，叶蜡石矿物材料加工成超细粉体时，比表面积大，表面活性高，烧结温度低，作为复合材料补强性能好，可应用于多孔陶瓷、电缆线、塑料、橡胶工业中作填料等。由于叶蜡石矿物材料与有机高聚物的界面性质不同，相容性差，因而难以在基质中均匀分散，直接或过多的填充往往容易导致材料某些力学性质下降及脆性化的缺点。因此，除了粒度和粒度分布的要求之外，还必须对叶蜡石矿物材料表面进行改性，以改善其表面的物理、化学特性，增强其与有机高聚物或树脂的相容性，提高其在有机物基质中的分散性，以提高材料的机械强度及综合性能9。1.2.2 叶蜡石在涂料和填料中的应用叶蜡石矿物材料具有低的导热系数、焙烧后强度高、密度小及结构多层等性质，可被应用于绝热材料中。目前，国内外已积极开展了叶蜡石在绝热涂层、耐火涂层以及其他各类涂层材料应用的研究工作。研究发现向碳质材料、叶蜡石矿物材料和云母类矿物材料组成的混合材料中加入水和其他黏结剂后，经成型焙烧能形成良好的绝热涂层。此外，在生产各种涂料时，叶蜡石矿物材料也可被应用于配料成分中。叶蜡石除被用做涂料外，它还是一种理想的填充材料。由于其成分、结构和性能特点，被广泛应用于橡胶、沥青、造纸、油漆、颜料、制药、洗衣粉、化妆品、牙膏和塑料制品等生产领域。使得其在塑料橡胶中代替白炭黑、钛白粉和炭黑等作为增量填料、功能性填料和体质颜料，从而改善塑料橡胶的机械性能和加工性能，降低成本10。1.2.3 叶蜡石作为传压介质的应用从20世纪70年代起，许多学者已经开展了叶蜡石作为金刚石、立方氮化硼等超硬材料生产中密封传压介质材料的研究。随后，也有学者对叶蜡石矿物作为传压介质立方块的合成、成型、焙烧和真空焙烧工艺学进行了大量的研究。中国叶蜡石传压介质目前还没有统一的标准，通常将叶蜡石作为传压介质时，要求传递压力均匀，在高温高压下物相稳定，体积收缩小，导热系数小。针对上述要求，叶蜡石矿物被破碎后，重新配矿、静压以达到作为传压介质的要求。用叶蜡石矿物制作传压介质时，常采用三种粒度或三种以上非等大球粒堆积模型堆积成型，可以得到较好的传压、保温、密封和绝缘效果。另外，添加其他少量矿物质还可以改善叶蜡石矿物材料的传压和保温性能。叶蜡石的性质直接或间接的影响着金刚石的合成,有时甚为明显11。因此 ，近年来国内许多厂家都在研究改善叶蜡石作为传压介质内衬材料的性能，以期待提高人造金刚石的质量。1.2.4 叶蜡石的应用前景叶蜡石矿物材料今后的发展趋势，是在陶瓷和耐火材料中代替高岭土和高铝矿物；在造纸工业中可替代高岭土；在化妆品行业中代替滑石；作为高压密封传导介质的高纯叶蜡石希望能生产出切实可行的人工替代材料，缓解叶蜡石作为高压传导介质的不足。因此，大力开展叶蜡石矿物材料研究将有助于矿物材料的发展和振兴非金属矿工业。叶蜡石的诸多可利用性能决定了它在工业领域中的应用，尤其是它具有物理性质与滑石相近的特点，使得其在造纸、油漆、橡胶、塑料、化妆品及其他产品的填料上成为滑石的理想替代品。叶蜡石由于加热时不熔化，被广泛应用于耐火材料中。在玻璃质瓷器3中，它可替代硅石来增加坯模的湿强度、坯体的白度和琉璃度，同时减少焙烧温度和时间。在墙地砖工业中，它能减少墙、地、砖的变形、龟裂和湿膨胀的可能性。在玻璃瓷中，它可降低其热膨胀。在填料和陶瓷领域，它的用量也逐年增长。此外，叶蜡石还是一种极好的载体。面对未来的市场，由于叶蜡石的价格低廉，故具有很强的竞争力。叶蜡石产品有向高纯度、微粉方向发展的趋势。可以预见，今后数年里，随着其他同类原材料的提价和短缺，叶蜡石将会得到大规模的应用。1.3 研究分析方法由于北方叶蜡石尾矿的铁含量比较高，铁会影响叶蜡石的白度，要想利用叶蜡石尾矿，可以加入一定量的氯盐，高温下与铁反应，生成铁的氯化物，可以让铁蒸发并提高白度，因此试验不同环境、不同温度、不同氯盐等以达到利用尾矿的效果。1.3.1 差热分析差热分析技术是在温度程序控制下研究材料的各种转变和反应，如脱水，结晶，熔融，蒸发，相变等以及各种无机和有机材料的热分解过程和反应动力学问题等，是一种十分重要的分析测试方法。差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)是一种分析物质的方法。定义为：在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度关系的技术。DTA一般用于定性测定转变温度(峰的位置)，因为T与试样的堆砌紧密程度，传热速度和比热容等有关。DTA可测定到1500以上，所以DTA多用于矿物、金属等无机材料的分析。1.3.2白度测试“白度”是用来衡量物体表面的白色程度。其定义为光谱反射比均为1的理想反射漫射体的白度为100，而光谱反射比为0的绝对黑体的白度为0。白度值越大，表示物体表面越白。本实验采用ZBD型白度测定仪测试粉体白度，由于波长范围处在蓝光区域，所以测得的白度又称蓝光白度。制样：将待测样品在100下烘干，每次称取相同量的粉末放入粉末器中，用表面干净光洁的玻璃板将样品表面压平。测量：仪器在预热调零后用工作白板进行校正，当显示值与标板上的白度值一致后开始测量，每个样品测量三次并记录，然后求其平均值。1.3.3 X射线衍射法物相分析X射线衍射分析技术是材料科学研究中重要的实验方法，它可以用来测定物质的晶体结构、晶胞参数、宏观应力、多晶结构以及显微畸变等。当X射线的波长确定后，X射线衍射线的位置取决于晶胞结构，即取决于各晶面间距，而衍射线的相对强度则取决于晶胞内原子的种类、数目及排列方式。每种晶体物质都有其特有的结构，因而它们也就具有各自特有的衍射花样。1.4 叶蜡石在利用上存在的问题我国叶蜡石矿资源丰富，开发利用方面主要产品为陶瓷级、耐火材料级、玻璃级、雕刻级，规模与国外比偏小，产品档次不高，深加工产品所占份额极少，因而经济效益欠佳。叶蜡石矿物材料与有机高聚物的界面性质不同，相容性差，因而难以在基质中均匀分散，直接或过多的填充往往容易导致材料某些力学性质下降及脆性化的缺点。因此，除了粒度和粒度分布的要求之外，还必须对叶蜡石矿物材料表面进行改性，以改善其表面的物理、化学特性，增强其与有机高聚物或树脂的相容性，提高其在有机物基质中的分散性，以提高材料的机械强度及综合性能。解决以上问题的关键在于加强叶蜡石深加工产品的研究和开发，如开发磨细改性的填料级产品、造纸级微粉、药用及农药用产品等。产品的档次，关键在于它的外观与内质，而影响陶瓷产品外观与内质的重要因素之一是陶瓷原料含铁量的高低问题。尽管铁元素在陶瓷工艺着色过程中有着十分得要的作用，但是在白色或浅色坯料釉料中铁质的存在将严重影响产品的外观色泽和光洁度，尤其是白度。例如原料中颗粒较大的铁质（如铁锈）可以在煅烧后变成黑色、黄色或监色的斑点，微细的铁粉末在高温煅烧下还可以降低砖坯或釉面的白度，釉料中带铁质还可以使釉面产生气泡针孔。所以生产白色或浅色的釉面砖和卫生洁具及纯白色的抛光砖，都把除铁增白作为重要工艺工序。1.5 研究的目的及意义本试验通过对叶蜡石尾矿进行氯化煅烧，进行除铁增白，使尾矿中的铁杂质发生反应，高温下生成气态物质。叶蜡石常有石英、绢云母等机械混入物，并含有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾等杂物，作耐火材料用的叶蜡石，主要要求耐火度在1630C以上，有用元素铝越高越好，通常要求Al2O315%（边界品位13%），伴生元素钾、钠能降低耐火材料熔点，从而影响其耐火度，因而越低越好，一般要求K2O+Na2O0.8%2.0%。陶瓷工业用的叶蜡石要求Al2O318%20%，K2O+Na2O0.5%0.7%，Fe2O30.8%1.0%。作填料用的叶蜡石要求白度大于70%80%,水分小于0.5%，染色矿物铁、锰含量要尽可能低，化学物理性能稳定的叶蜡石含量大于80%85%。作糖果填料用的叶蜡石要求对人体有害的砷0.0014%。橡胶工业用的叶蜡石要求Fe2O311.5%，烧失量8%，水分0.5%,叶蜡石含量大于8085%。由于尾矿中的铁是主要呈色物质，所以本实验氯化煅烧的最终目的就是除铁。叶蜡石在陶瓷工业上和橡胶工业上的白度要求都比较高，所以提高叶蜡石的白度，对开拓叶蜡石的应用有重要意义，可以更好的带动经济，充分利用资源。第二章 实验方案及研究方法2.1 实验原料表2-1实验原料及产地原料产地叶蜡石尾矿内蒙古氯化铵晶体湖南氯化钠晶体湖北省2.2 实验主要设备及仪器表2-2实验主要设备及仪器主要设备型号产地电热恒温鼓风干燥箱101-1AB天津市泰斯特仪器有限公司研钵箱式电阻炉SX2-4-13天津市华北实验仪器有限公司250目筛子电子天平VIC-612赛多利期科学仪器有限公司摇篮罐颚式破碎机型号150x250郑州白度测定仪ZBD型上海X射线衍射仪D-MAX2500PC日本理学株式会社激光粒度仪LS230美国2.3 实验工艺流程图叶腊石尾矿粗碎中碎ZZZZZUISUSUI碎细碎干燥研磨混匀煅烧测白度XRD测试激光粒度分析叶蜡石尾矿经粗碎至20mm混匀，用摆式磨粉机磨矿中碎至米粒般大小的矿粒，再次混匀，然后将叶蜡石尾矿矿粒与料球、水按1:2:1的比例混合，放入摇篮罐，摇篮罐放在皮带上转动18h,细碎后得到叶蜡石矿粉的料浆，再将叶蜡石尾矿的料浆倒入托盘中，而后放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥，干燥5小时后取出，此时料浆部分板结了。取部分叶蜡石料浆块放入大研钵中研磨，直至全部变为叶蜡石矿粉；此时将叶蜡石矿粉过筛，筛余为250目，得到了需要的叶蜡石尾矿矿粉。先与氯盐混匀，再煅烧除铁，测其白度，接着做X射线衍射分析（XRD），最后做LS激光粒度分析。2.4 研究方法一种叶蜡石粉增白的方法：将叶蜡石原矿粉与氯化铵按重量比520:1混合，研磨均匀后煅烧14个小时，冷却后磨细得增白的叶蜡石粉。通过大量试验来确定除铁增白的最佳配方和最佳制备工艺。考察原料粒度、比例、煅烧制度等因素对叶蜡石增白效果的影响，从而研制出增白效果良好的添加剂。原料制备：叶蜡石尾矿经粗碎至20mm混匀，用摆式磨粉机磨矿中碎至米粒般大小的矿粒，再次混匀，然后将叶蜡石尾矿矿粒与料、球、水按1:2:1的比例混合，放入摇篮罐，摇篮罐放在皮带上转动18h，细碎后得到叶蜡石矿粉的料浆，再将叶蜡石尾矿的料浆倒入托盘中，而后放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥，干燥5小时后取出，部分叶蜡石料浆块放入大研钵中研磨，直至全部变为叶蜡石矿粉，将叶蜡石矿粉过筛，筛余为250目，得到需要的叶蜡石尾矿矿粉。先与氯盐混匀，再煅烧除铁，测其白度，最后做X射线衍射分析（XRD），LS激光粒度分析。2.4.1 白度值的测定将叶蜡石尾矿矿石粉碎至250目以下，每次取叶蜡石矿粉和氯盐共10g粉体，混合于研钵中，先顺时针研磨2分钟，再逆时针研磨2分钟，研磨混匀后至于坩锅中，这样取三份，将它们放于同一个箱式电阻炉中，加热至设置的温度时，恒温煅烧，然后自然冷却，测量粉体的白度，测量需要严格按照以下步骤：（1）在进行测量前进行整机调整。（2）在试样座上放好样品，将“测量”板键，掷向“测量”位置上面细心转动“十位”及“个位”读数旋钮，直至检流计示数为“0”，此时“十位”及“个位”所指的刻度值，即为该样品的白度值，测毕、将“测量”板键掷向中间位置。（3）如果样品测量面前存在着无法改善的“不均匀”现象，或具有横纵向纹痕的区别，则可将样品进行不同的位置或不同角度的测量。取所测得白度值的平均值得代表此样品的白度。（4）对于纸张，面及各种纤维织品，要取重叠若干层试样，使其不透光为止（如纸张则要根据QB534-67规定取重叠5070mm的试样若干张使其不透光为止。即增加试样的张数量白度值不变为止即为不透光）。放置试样至试样座上，以纵向与测试人负向平行（即与仪器面板方向平行）为宜。（5）对于粉末或细小颗粒状的样品，则应将样品盛放在试样皿中，用表面干净、光洁的玻璃板平面压平。由于不同的测试条件，会带来不同的测量结果。所以后要想建立同类样品之间的白度量值关系，则须统一规定测试样品的取样方法。包括重量、粒度、及压紧方法，使样品之间有相近似的密度和表面平整度。（6）对于纤维状的物品，如棉花、化纤、羊毛、蚕丝等。先经整理，梳成一个纵向的表面，然后安放在样品盒中，进行测试，取样玻璃（厚度不超过1mm）。方法（包括数量），应该统一，且要多做几个试样，测其平均值为宜。试样盒制作时要注意其放试样的高度，依试样不透明为宜宾试样座盖的底面要涂上白色涂料，玻璃片的厚度最好取1mm，两面都要磨，如果试样的材料含有荧光增白剂，玻璃片则需用石英玻璃或透紫外玻璃，否则将无法使荧光增白剂测出。（7）在连续测量期间隔每测十多个试样后用工作白度板，校正仪器，如测试时间超过半小时，则应用工作白度板和黑筒重新校正仪器，以提高测试精度。测量结束后，将所测得白度取平均值，作为白度值。2.4.2 X射线衍射的测定（XRD）取微量氯化煅烧后的样品，置于有凹槽的长形载玻片上，将样品覆盖在凹槽中，用玻璃磨平，出现一个平面，将载玻片置于X射线衍射仪中，得出衍射数据。2.4.3 激光粒度分析的测定取微量氯化煅烧后的样品，与水混合，用玻璃棒搅拌均匀，取几滴混合液，滴入激光粒度分析仪中，得出粒度分析图表。第三章 试验结果讨论在固定氯化剂用量的前提下，分别进行了升温速度，恒温时间，等关键工艺参数的试验研究。3.1 升温速度表3-1 不同升温速度下的氯化煅烧白度升温速度 / /min4.55.57910白度 / %82838885.482图3-1 升温速度对白度的影响图3-1所示为升温速度与氯化煅烧后的叶蜡石的白度的关系。由此可见，升温速度过快将会导致叶蜡石产品白度的下降，主要是由于在氯化反应温度区间内(400850)升温速度太快，铁的氯化反应难以充分或铁的氯化物来不及充分从料层表面逸出，致使产品中的呈色物质Fe2O3含量降低不明显，因此控制升温速度对于叶蜡石的氯化煅烧十分重要。从图3-1中可以看出当升温速度为68/min时，白度达到最高值。表3-2为另一组试验测定：炉子升温时不同时间下的温度，图3-2为对应的升温曲线。时间 / min03090120130150温度 / 25240060090010001300表3-2 不同时间下的温度图3-2 温度随时间改变的曲线图3-2为试验的最佳升温曲线。按照该曲线升温，产品的白度可以达到90%以上。3.2 恒温时间表3-3 产品白度与煅烧时间的关系时间 / min3060120150180白度 / %72.279.182.282.182.2图3-3 白度随时间的变化曲线叶蜡石尾矿的氯化煅烧在升温至一定温度后要恒温一段时间，该恒温时间对氯化反应进行的完全程度及除铁很重要图3-3所示为恒定温度下的产品白度与煅烧时间的关系由图可见，在120min之后白度几乎不再变化，说明在该试验装置内，恒温煅烧时间达到2.0h即可，再延长煅烧时间能耗增加，加工成本上升。3.3 最佳配料比和恒温温度3.3.1 氯化煅烧白度的测定步骤及图表分析将矿石粉碎至250目以下，每次取10g粉体混合于研钵中，先顺时针研磨2分钟，再逆时针研磨2分钟，研磨混匀后至于坩锅中，这样取三份，将它们放于箱式电阻炉中，加热 (升温速度为68/min) 至设置的温度时，恒温煅烧2小时，,然后自然冷却，测量粉体的白度，然后取平均值，作为白度值。表3-4 700下添加不同NH4CL配比下的煅烧白度NH4Cl / %0.10.60.91.01.52.03.05.08.0白度 / %79.5083.3283.9083.9083.8983.5783.2383.6083.76图3-4 700下的白度曲线由图3-4可以看出当氯化铵的百分含量0.9%时为最佳配料比，此时，白度达到最大值，再增大氯化铵的百分含量，白度变化量不大，基本上徘徊在83.5左右。所以在接下来的试验中，多取样品中氯化铵的百分含量为0.9%附近的值进行试验。同理进行900下的氯化煅烧试验，取氯化铵的百分含量为0.2%，0.5%，0.9%，1.5%，2.0%。每次都是取三份求平均值，将测量的氯化铵的百分含量0.2%,0.5%,0.9%,1.5%,2.0%的白度值列于表3-5中。表3-5 900下添加不同NH4Cl配比下的煅烧白度NH4Cl / %0.20.50.91.52.0白度 / %82.983.890.490.490.4图3-5 900下的白度曲线由图3-5可以看出氯化铵的百分含量为0.9%时为最佳配料比，当氯化铵的百分含量0.9%时，白度达到最大值，再增大氯化铵的百分含量，白度不再变化，仍保持为90.4%。 同理进行1000下氯化煅烧试验，取氯化铵的百分含量为0.2%，0.6%，0.9%，1.5%，2.0%。将测量的氯化铵的百分含量0.2%，0.6%，0.9%，1.5%，2.0%的白度值列于表3-6中。表3-6 1000下添加不同NH4CL配比下的煅烧白度NH4Cl / %0.20.60.91.52白度 / %84.185.189.189.189.1图3-6 1000下的白度曲线由图3-6可以看出氯化铵的百分含量为0.9%时为最佳配料比，当氯化铵的百分含量为0.9%时，白度达到最大值，再增大氯化铵的百分含量为，白度不再变化，仍保持为89.1%。同理进行1100下氯化煅烧试验，取氯化铵的百分含量为0.2%，0.6%，0.9%，1.5%，2.0%。将氯化铵的百分含量为0.2%,0.6%,0.9%,1.5%,2.0%的平均白度值列于表3-7中。表3-7 1100下添加不同NH4CL配比下的煅烧白度NH4Cl / %0.20.60.91.52白度 / %87.38890.290.290.2图3-7 1100下的白度曲线由图3-7可以看出氯化铵的百分含量为0.9%时为最佳配料比，当氯化铵的百分含量为0.9%时，白度达到最大值，再增大氯化铵的百分含量，白度不再变化，仍保持为90.2%。比较图3-4，图3-5，图3-6，图3-7可以看出氯化铵的百分含量为0.9%为最佳配料比，3.3.2 恒温温度的测定分别取氯化铵的百分含量为0.9%时各温度的白度值做表3-8，作图3-8。表3-8 氯化铵的百分含量为0.9%时不同温度下的煅烧白度温度 / 70090010001100白度 / %83.990.489.190.2图3-8氯化铵的百分含量为0.9%时各温度下的氯化煅烧白度曲线由图3-8可看出，当氯化铵的百分含量为0.9%时，提高温度并没有大幅度提高白度，而且还有下降的趋势，因此可以认为900为最佳氯化煅烧温度，氯化铵的最佳配比为0.9%。而同温度同配比下加入氯化钠进行氯化煅烧得到的白度值才为81%左右，因此认为氯化铵具有很好的增白作用。3.4 各温度下X射线衍射分析图图3-9 20原始样品的X射线衍射曲线（1）20，为原始样品的X射线衍射曲线。样品的主要组成矿物为叶蜡石和石英，其特征衍射峰为d1=4.257510-10m,d2=3.583610-10m，d3=3.067010-10m。此外还含有白云母，其衍射峰为d=7.224110-10m，还有少量高岭石。图3-10 700下叶蜡石氯化煅烧X射线衍射曲线（2）700，矿物组合为叶蜡石和石英，参考DTA曲线可知，在此温度下，高岭石脱出结构水转变为非晶质的偏高岭石。此时叶蜡石结构无变化，其特征衍射峰为d1=4.263010-10m,d2=3.353610-10m，d3=1.819810-10m基本相同，而白云母，高岭石衍射峰消失。图3-11 900下叶蜡石氯化煅烧X射线衍射曲线（3）900，矿物组合为偏叶蜡石和石英，当煅烧温度超过700时，叶蜡石已经失去结构水，形成偏叶蜡石。对比叶蜡石和偏叶蜡石的X射线衍射图谱可以看出，二者非常相近，说明叶蜡石在失去结构水向偏叶蜡石转变的过程中保持了其原有的层状结构。但其特征衍射峰为：d1=4.261010-10m,d2=3.361210-10m，d3=1.819510-10m。相对比，面网间距变小了，其对应的X射线衍射峰向2角高角度发生了偏移。图3-12 1000下叶蜡石氯化煅烧X射线衍射曲线（4）1000，矿物组合为叶蜡石和石英，特征衍射峰为：d1=4.275510-10m，d2=3.361210-10m，d3=1.824410-10m。与900下叶蜡石氯化煅烧X射线衍射曲线相似。图3-13 1100下叶蜡石氯化煅烧X射线衍射曲线（5）1100，矿物组合为叶蜡石和石英，特征衍射峰为：d1=4.275510-10m，d2=3.352310-10m，d3=1.819510-10m。在同一配比下的叶蜡石通过各温度下的氯化煅烧，所测试出的X射线衍射图对比，发现900后，各图之间非常相似。而且物质基本没什么变化，所以可以认为900是叶蜡石氯化煅烧的合适温度。3.5 激光粒度分析的测定本次实验测定了叶蜡石尾矿氯化煅烧后的颗粒粒径及其微分体积。所用仪器为LS激光粒度分析仪，所用试剂为去离子水。通过试验研究了分散介质种类、分散体系浓度及分散剂对激光粒度测量结果的影响。影响激光粒度分析的主要因素3.5.1 分散介质的影响分散(搅拌、超声波振动、加分散剂)其目的就是使样品颗粒处于单体状态。分散介质对被分散粉体有良好的浸润作用，常用的分散介质有：蒸馏水、蒸馏水+甘油、乙醇、乙醇+甘油、乙醇+蒸馏水、丙酮等粉体颗粒较细小时，可以选择乙醇或乙醇+蒸馏水，蒸馏水为分散介质；这是因为粉体颗粒越细越容易团聚，而乙醇的浸润作用比水强，更容易得到分散良好的悬浮液。粉体颗粒较粗大时，为了降低颗粒的沉降速度，可以选择水+甘油作为分散介质。甘油的作用是增大分散介质的粘度，防止粉体中的大颗粒因沉降太快而无法被测量仪器检测到。3.5.2 分散时间的影响超声预分散是保证结果准确性的必要条件，超声波分散时间的正确选择十分重要，分散时间的不同也直接影响粒度的测试结果。超声波分散是利用超声波的超声空化作用提供一定的能量将团聚的颗粒进行分散，超声分散可以有效地分散超细粉体悬浮液。超声分散时间的选择应根据不同样品的分散难易程度，并结合实际测量结果而定。一般超声波分散时间选择为12min。3.5.3 分散样品的影响采用不同透过率(即不同